Tesis
Estudio morfométrico-fractal de la bioestructura de Rhizopus oligosporus crecido en medio sólido
Fecha
24/08/2010Registro en:
Camacho Díaz, Brenda Hildeliza. (2009). Estudio morfométrico-fractal de la bioestructura de Rhizopus oligosporus crecido en medio sólido. (Doctorado en Ciencias en Alimentos). Instituto Politécnico Nacional, Sección de Estudios de Posgrado e Investigación, Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, México.
Autor
Camacho Díaz, Brenda Hildeliza
Institución
Resumen
ABSTRACT: Rhizopus oligosporus a zigomycota fungus is used to prepare the Indonesian traditional meal Tempeh. This filamentous microorganism is formed by hyphae (microscopic fundamental unit) which usually grow as a complex branched mycelium producing round colonies with filamentous edges. Complex growth only has been described using mathematic models which relate the fungal growth with the amount of substrate consumed and with the production of metabolites. The main propose of this research was to characterize the kinetics of the macro and micro morphological development of Rhizopus oligosporus colonies through image processing and fractal geometry including descriptions of the non-linear growth nature of this fungus. Some morphometric characteristics of the fungal development were evaluated such as the radial growth, number of tips in the growing front (from skeletonized images), accumulated amount of tips and the average lenght of hypha. The colony was divided in virtual annulus to which images were taken and the Fractal Dimensions of Texture (FDT) were determined using the SDBC tool of the ImageJ software. Images of the border of the colony were segmented into 10 columns of the same sizes to detect the zone of the culture in which the evaluated Fractal Dimension (Box counting method) had a value of 97% of the maximum value of DF obtained for the 80% of the total image of the edge of the colony. This zone was considered in this work as the border of the colony. Biomass, evaluated as content of glucosamine of the whole colony was also measured and, finally, correlations among radial extension, accumulated amount of tips, FDT of the whole colony and Glucosamine were evaluated obtaining high (0.92 – 0.99) values of the correlation coefficient. When correlating the number of tips in the border with the Fractal Dimension (Box Counting) of the border, an inverse relationship was found. Kinetics of radial extension of the colony, number of tips in the border, accumulated length of a single hypha and concentration of glucosamine presented oscillations that could be described by means of Fourier series which had higher coefficients of determination than simple linear fits. Also, images of a single soy bean during infection kinetics with R oligosporus were captured and the Fractal Dimension (Box Counting) of the whole infected grain and of the contour of same were obtained. Maximum and minimum values of such Fractal Dimensions were found at the same time (70% of total growth kinetics). This work has shown that morphometric parameters of fungal development as well as biomass production may be related to Fractal Dimension indicators which have an oscillatory and asynchrony nature for this fungus. RESUMEN: El hongo zigomiceto R. oligosporus es utilizado para la preparación del platillo tradicional Indonés “Tempeh”. Este tipo de microorganismo filamentoso está formado por hifas (unidad microscópica fundamental), que generalmente crecen como ramificaciones complejas de micelio produciendo colonias circulares con bordes filamentosos irregulares. La mayor parte del crecimiento complejo de este hongo hasta el momento ha sido descrito por modelos matemáticos que relacionan el crecimiento del hongo con el consumo de sustrato y la producción de metabolitos secundarios. Por ésta razón, el principal objetivo de ésta investigación fue caracterizar la macro y micro estructura del desarrollo colonial cinético de R. oligosporus a través de procesamiento de imágenes y geometría fractal para la descripción de fenómenos no-lineales. Se evaluaron diversas características morfométricas tales como el crecimiento radial el número de puntas en el borde y las acumuladas así como la longitud promedio de la hifa definida como la suma total en pixeles que ocupan las hifas presentes en una zona del borde entre el número de puntas cuantificadas en esta misma zona de la colonia. Se evaluaron secciones circulares de la colonia completa llamadas coronas a las que se les determinó la Dimensión Fractal de Textura DFT mediante SDBC ( Shiffting Differential Box Counting), por otro lado se evaluó la distribución del frente de crecimiento de la colonia mediante la Dimensión Fractal del Borde (DFB) haciendo uso del método de conteo de cajas. Las imágenes se capturaron con microscopia estereoscópica y cámara digital para procesarlas posteriormente con el software ImageJ. Así mismo se cuantificó la cantidad de biomasa desarrollada por la colonia a través de la determinación de glucosamina. Se encontró una correspondencia inversa entre el número de puntas en el borde de la colonia con el crecimiento radial y la Df (1.7-1.8), así como correlaciones directas de 0.21 a 0.99 entre la concentración de biomasa, el crecimiento radial, la DfT y el número de puntas acumuladas. Por otro lado en las cinéticas de desarrollo radial, del número de puntas, de la longitud acumulada de una hifa y concentración de glucosamina se obtuvo un comportamiento oscilatorio descrito mediante series de Fourier con las que se obtuvo índices de determinación mayores a los reportados por un ajuste lineal. Así mismo, se capturaron imágenes de un grano de soya durante su infección de R. oligosporus a las que se les determinó la Dimensión Fractal (conteo de cajas) del grano entero y de su contorno. Los valores máximos y mínimos de la Dimensión Fractal se presentan simultáneamente a un tiempo correspondiente al 70% de la cinética de desarrollo. Este trabajo ha demostrado que los parámetros morfológicos propios del desarrollo fúngico y la producción de biomasa misma que presentan cinéticas oscilatorias y asincrónicas pueden relacionarse con la Dimensión Fractal.